Синхронная электрическая машина

Авторы патента:

H02K19/00 - Синхронные двигатели и генераторы (с постоянными магнитами H02K 21/00)

Владельцы патента RU 2556076:

Пучкин Евгений Константинович (RU)

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении эффективности электрической машины. Синхронная электрическая машина состоит из устройства для создания магнитного поля и устройства для преобразования одного вида энергии в другой. В магнитопровод устройства для создания магнитного поля укладываются совместно две обмотки, не имеющие между собой электрической связи. Одна из обмоток является номинальной обмоткой для создания переменного магнитного поля, а другая обмотка является номинальной обмоткой для генерирования электрической энергии, как замкнутый контур из проводников, находящийся в переменном магнитном поле. Катушки обмоток наматываются из двух изолированных проводников, как двухжильный кабель, или укладываются двухслойно. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано для генерирования электрической энергии и преобразования электрической энергии в механическую. Работа синхронных электрических машин основана на законе электромагнитной индукции. Согласно этому закону в замкнутом контуре из проводников, помещенных в переменное магнитное поле, возникает ЭДС и свое магнитное поле. Индукционные электрические машины состоят из двух основных частей. Это устройство для создания магнитного поля и устройства для преобразования одного вида энергии в другой. Современные индукционные электрические машины могут работать или в режиме электродвигателя или в режиме генератора тока. Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого изобретения, заключается в повышении эффективности индукционных электрических машин путем придания им возможности генерации электрической энергии при работе в режиме электродвигателя. Синхронные электрические двигатели могут быть переменного или постоянного тока. Указанный технический результат достигается тем, что в магнитопровод устройства для создания магнитного поля укладываются, совместно, две обмотки, электрически не связанные между собой, одна из обмоток является номинальной обмоткой для создания переменного магнитного поля, а другая обмотка является номинальной обмоткой для генерирования электрической энергии, как замкнутый контур из проводников, находящийся в переменном магнитном поле, катушки обмоток наматываются из двухизолированных проводников, как двухжильный кабель, или укладываются двухслойно.

Номинальная генерирующая обмотка может быть уложена совместно с номинальной обмоткой для создания переменного магнитного поля индуктора - статора - синхронного электрического двигателя переменного тока или синхронного электрического двигателя постоянного тока.

Номинальная генерирующая обмотка может быть уложена совместно с номинальной обмоткой для создания переменного магнитного поля индуктора - статора - синхронного электрического двигателя с радиальным или аксиальным магнитными потоками индуктора.

Номинальная генерирующая обмотка может быть уложена совместно с номинальной обмоткой устройства для создания переменного магнитного поля индуктора - статора - в синхронных электрических двигателях, использующих в работе магнитные потоки обоих полюсов индуктора или использующих в работе магнитных потоков только одних полюсов индуктора.

Результат достигается посредством изменения конструкции катушечных групп устройства для создания магнитного поля - индуктора.

Согласно предлагаемому изобретению в магнитопровод индуктора (статора) электрической машины укладывается обмотка, состоящая из двух не связанных между собой электрически частей. Два изолированных проводника, совместно, наматываются в катушки, которые укладываются, как единая обмотка, в магнитопровод каждой фазы индуктора. Намотанные проводники в катушках (жилы) не имеют между собой электрической связи.

На примере двухжильной (бифилярной) обмотки в синхронном электродвигателе, одна жила в катушках, принадлежит номинальной обмотке индуктора (статора) этого синхронного электродвигателя, другая жила в этих же катушках принадлежит номинальной обмотке для генерирования электрической энергии.

Получается схема трансформатора электрического тока, в которой первичная обмотка это номинальная обмотка индуктора синхронного электродвигателя, а вторичная обмотка - это номинальная обмотка, служащая для генерирования электрической энергии. Сердечниками этого трансформатора являются сердечники магнитопровода индуктора (статора) синхронного электродвигателя, а ярмом служат роторы этого электродвигателя. Роторы имеют в своем составе постоянные магниты или обмотки с постоянным током. При укладке многожильной обмотки жилы между собой не имеют электрической связи.

Одна жила является номинальной обмоткой индуктора синхронного электродвигателя и подключается к электрической сети, а другая жила, служащая номинальной обмоткой для генерирования электрической энергии подключается к нагрузке, которой может служить накопители электрической энергии - аккумуляторы.

В каждой жиле, образующей номинальные обмотки, могут быть выполнены отводки, которые служат для переключения с целью изменения технических характеристик электрической машины. Такими характеристиками могут быть крутящий момент Мкр., напряжение и количество генерируемой электрической энергии.

При необходимости генерирующая номинальная обмотка может включаться полностью или частично, в цепь номинальной обмотки индуктора синхронного электродвигателя для увеличения крутящего момента на валу. Рассматриваем синхронный электрический двигатель с постоянными магнитами на роторе.

Процессом работы, предлагаемой электрической машины, можно управлять с помощью контроллера, который должен выполнять функции включения номинальной обмотки индуктора синхронного электродвигателя в электрическую сеть, в соответствии с сигналами датчика положения ротора. Включать номинальную обмотку для генерирования электрической энергии в сеть с нагрузкой, например к накопителям электрической энергии (аккумуляторам) или в каскад электрических машин, работающих от индуцированной электрической энергии предыдущей электрической машины. При необходимости, при изменении нагрузки на вал синхронного электродвигателя, производить переключения по отводкам обмоток с целью установления более эффективного режима работы электрической машины. При необходимости, так же, с помощью контроллера, номинальная генерирующая электрическая обмотка, частично или полностью, включается в цепь номинальной обмотки индуктора синхронного электродвигателя для увеличения крутящего момента на валу электродвигателя. Для управления работой, предлагаемой электрической машиной можно использовать существующие электронные приборы, такие как инверторы, преобразователи частоты, датчики положения ротора.

Возможность генерации электрической энергии, во время работы синхронных электродвигателей, можно создать как в цилиндрических, так и в торцевых электрических машинах. Такую возможность можно создать в электрических машинах, в которых в работе используются магнитные потоки обоих полюсов индуктора и в электрических машинах, в которых в работе используется магнитный поток одного полюса индуктора.

На фиг.1 изображена схема устройства индуктора и ротора синхронного электродвигателя согласно изобретению, в котором во взаимодействие с ротором включен только один магнитный поток индуктора.

На фиг.2 изображена схема устройства индуктора и роторов синхронного электродвигателя согласно изобретению, в котором во взаимодействие с роторами включены магнитные потоки обоих полюсов индуктора.

Электрическая машина согласно предлагаемому изобретению состоит из ротора 1, имеющего в своем составе постоянные магниты, магнитопровода индуктора 2, двух совместно уложенных в пазы магнитопровода обмоток, не связанных между собой электрически 3. В том случае, когда в электрической машине в работу включены магнитные потоки обоих полюсов индуктора, в состав электрической машины входят корпус индуктора 4, в котором крепятся ферритовые сердечники магнитопровода 2 и внешний ротор 5 (см. фиг.1, 2).

Электрическая машина согласно предлагаемому изобретению, не зависимо от того используются в работе один или оба магнитных потока индуктора, работает следующим образом.

Постоянный электрический ток, из сети, подается на номинальную обмотку 3 индуктора синхронного электродвигателя 2, которая уложена совместно с номинальной генерирующей обмоткой.

В это время, номинальная генерирующая обмотка может быть разомкнута или подключена к нагрузке. Так как «включение-отключение» обмоток индуктора статора происходит по командам датчика положения ротора, то возникшее «бегущее» переменное магнитное поле взаимодействует с постоянными магнитами ротора (роторов). В результате этого возникает крутящий момент. В переменном поле индуктора синхронного электродвигателя, совместно с номинальной обмоткой индуктора, находится номинальная генерирующая обмотка, электрически не связанная с ней. При замыкании номинальной генерирующей обмотки на нагрузку образуется замкнутый контур, находящийся в переменном магнитном поле. Согласно закону электромагнитной индукции в данном замкнутом контуре возникает ЭДС. Так как каждая фаза индуктора предлагаемой электрической машины представляет собой трансформатор с концентрической обмоткой, то для повышения эффективности работы электрической машины можно использовать резонансные явления.

1. Синхронная электрическая машина, состоящая из устройства для создания магнитного поля и устройства для преобразования одного вида энергии в другой, отличающаяся тем, что в магнитопровод устройства для создания магнитного поля укладываются совместно две обмотки, не имеющие между собой электрической связи, одна из обмоток является номинальной обмоткой для создания переменного магнитного поля, а другая обмотка является номинальной обмоткой для генерирования электрической энергии как замкнутый контур из проводников, находящийся в переменном магнитном поле, катушки обмоток наматываются из двух изолированных проводников как двухжильный кабель или укладываются двухслойно.

2. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что номинальная генерирующая обмотка может быть уложена совместно с номинальной обмоткой для создания переменного магнитного поля индуктора - статора синхронного электрического двигателя переменного тока или синхронного электрического двигателя постоянного тока.

3. Электрическая машина по п. 1, отличающаяся тем, что номинальная генерирующая обмотка может быть уложена совместно с номинальной обмоткой для создания переменного магнитного поля индуктора - статора синхронного электрического двигателя с радиальными или с аксиальными магнитными потоками индуктора.

4. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что номинальная генерирующая обмотка может быть уложена совместно с номинальной обмоткой устройства для создания переменного магнитного поля индуктора - статора в синхронных электрических двигателях, использующих в работе магнитные потоки обоих полюсов индуктора или использующих в работе магнитные потоки только одних полюсов индуктора.

Изобретение относится к электрическим машинам, а конкретно к синхронным двигателям с возбуждением от постоянных магнитов, и может быть использовано в качестве мотора-колеса автомобилей.

Индукторная машина с аксиальным магнитным потоком для жестких условий эксплуатации // 2539572

Изобретение относится к области электротехники, а именно к индукторным машинам с бесконтактной коммутацией, осуществляемой с помощью полупроводниковых приборов, и может быть использовано для электроприводов различного назначения, а также в системах генерации электроэнергии при повышенных требованиях к надежности.

Индукторная машина // 2538772

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к бесконтактным синхронным генераторам индукторного типа, работающим преимущественно на выпрямительную нагрузку, применяемым, например, в генераторных установках автотракторной техники.

Автотракторный бесконтактный электрогенератор // 2515276

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к бесконтактным синхронным генераторам индукторного типа, работающим преимущественно на выпрямительную нагрузку, применяемым в генераторных установках автотракторной техники.

Устройство питания забойной телеметрической системы // 2505673

Изобретение относится к области бурения и может быть использовано для питания навигационных и геофизических устройств, применяемых в процессе бурения. Технической задачей изобретения является повышение надежности устройства питания забойной телеметрической системы и упрощение его конструкции.

Электромеханический привод индикаторной головки элемента растрового изображения (варианты) и электромеханический дисплей, выполненный с использованием указанного привода // 2501150

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электроприводам и средствам индикации, и может быть использовано в качестве элемента передачи единицы информации растровых изображений больших форматов.

Пусковое устройство, по меньшей мере, для двух синхронных машин // 2489789

Изобретение относится к области электротехники, в частности к синхронным электрическим машинам, и может быть использовано, например, на газотурбинных электростанциях с несколькими газовыми турбинами и соединенными с ними генераторами, которые выполнены в виде синхронных машин, используемых для пуска газовых турбин.

Электромашина // 2489788

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано, например, в электрогенераторах с высокой частотой вращения. .

Ротор синхронной электрической машины и синхронная электрическая машина, содержащая такой ротор // 2444106

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности к бесконтактным синхронным электрическим машинам переменного тока с постоянными магнитами на роторе.

Электрическая машина переменного тока // 2411623

Изобретение относится к области электротехники, а именно - к электрическим машинам переменного тока, предназначенным для использования в электроприводах с питанием от источников как регулируемого, так и нерегулируемого переменного тока, а также в генераторных установках в качестве источника переменного тока.

Аксиальный двухвходовый бесконтактный ветро-солнечный генератор // 2561504

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромеханическим преобразователям энергии. Аксиальный двухвходовый бесконтактный ветро-солнечный генератор содержит: корпус, постоянный многополюсный магнит индуктора возбудителя с дополнительной обмоткой возбуждения возбудителя, которая подключается к источнику постоянного тока через контакты, внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями, в пазы которого уложены многофазная обмотка якоря возбудителя и однофазная обмотка возбуждения основного генератора, боковой аксиальный магнитопровод с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря основного генератора, вал, закрепленный в подшипниковых узлах и жестко связанный с внутренним аксиальным магнитопроводом посредством диска. Однофазная обмотка возбуждения основного генератора подключается к многофазной обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель. Многофазная обмотка якоря основного генератора может быть подключена к многофазному двухполупериодному выпрямителю. Технический результат состоит в упрощении конструкции и улучшении массогабаритных показателей электрических генераторов при суммировании и преобразовании различных видов энергии. 2 ил.

Генератор // 2570832

Изобретение относится к электротехнике, а именно к бесконтактным синхронным генераторам индукторного типа, работающим преимущественно на выпрямительную нагрузку, применяемым, например, в генераторных установках автотракторной техники. Генератор, содержащий переднюю, заднюю крышки, статор с рабочей обмоткой, источник возбуждения, ротор с валом, дополнительно снабжен немагнитными вставками, магнитопроводящим диском, магнитопроводящим кольцом и источником возбуждения, при этом немагнитная вставка, диск с отверстием и магнитопроводящее кольцо установлены между крышками статора, а источник возбуждения установлен на краю отверстия кольца в зоне торца ротора. Технический результат состоит в том, что на основе асинхронной машины путем добавления источника возбуждения и деталей магнитопровода получается синхронный индукторный генератор, генерирует ЭДС от низких скоростей вращения вала до номинальной. 1 ил.

Генератор индукторный // 2571090

Изобретение относится к электротехнике, а именно к бесконтактным синхронным генераторам индукторного типа, работающим преимущественно на выпрямительную нагрузку, применяемым, например, в генераторных установках автотракторной техники. Генератор индукторный, содержащий переднюю, заднюю крышки, статор с рабочей обмоткой, источник возбуждения, ротор с валом, снабжен внутренним магнитопроводом, источником возбуждения, П-образным магнитопроводом, внешней немагнитной вставкой, причем между крышками и статором последовательно установлены внешняя немагнитная вставка и П-образный магнитопровод со стойками разной длины, а между стойками меньшей длины и статором с внутренней стороны установлена немагнитная вставка, а с внешней стороны установлены источники возбуждения и внутренний магнитопровод. Технический результат состоит в том, что на основе асинхронной машины путем добавления источника возбуждения и деталей магнитопровода получается синхронный индукторный генератор, генерирующий ЭДС от низких скоростей вращения вала до номинальной. 1 ил.

Радиально-аксиальная двухвходовая бесконтактная электрическая машина-генератор // 2585222

Изобретение относится к электротехнике, а именно к радиально-аксиальным двухвходовым бесконтактным электрическим машинам, содержащим корпус с двумя выпрямителями и двумя боковыми аксиальными магнитопроводами, между которыми установлен внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями и выпрямителем, установленный на диске, жестко связанном с полым валом, внутри которого установлен подвозбудитель, состоящий из постоянного многополюсного магнита индуктора и магнитопровода, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря, возбудитель, состоящий из одного бокового аксиального магнитопровода, в пазы которого уложены основная и дополнительная однофазные обмотки возбуждения, и многофазной обмотки якоря, уложенной в пазы первой активной торцовой поверхности внутреннего аксиального магнитопровода, и основной генератор, состоящий из однофазной обмотки возбуждения, уложенной в пазы второй активной торцовой поверхности внутреннего аксиального магнитопровода, и многофазной обмотки якоря, уложенной в пазы другого бокового аксиального магнитопровода. Технический результат состоит в улучшении массогабаритных показателей. 2 ил.

Электроэнергетическая машина с мышечным приводом // 2635201

Предложена электроэнергетическая машина с мышечным приводом. Она содержит раму, на которой подвижно установлено пассажирское сиденье, закрепленное на остове с опорными колесами, которые имеют возможность свободного вращения и возвратно-поступательного движения в параллельно спаренных полозьях рамы. При этом опорные колеса жестко закреплены на осях, введенных с возможностью их свободного вращения в отверстия остова сиденья или в закрепленные на остове опоры с подшипниками, а эти оси кинематически связаны с валами роторов генераторов электрического тока, статоры которых закреплены на остове пассажирского сиденья. Вращение и возвратно-поступательные движения опорных колес сиденья реализованы путем отталкивания ногами и/или руками и подтягивания руками пассажира при возвратном ходе, для чего на раме выполнены упоры. 20 з.п. ф-лы, 5 ил.